Ultradźwięki przewyższają inne metody ekstrakcji pod względem prędkości
Szybka procedura ekstrakcji ultradźwiękowej i wynikająca z niej oszczędność czasu w produkcji ekstraktu to jedna z wielu zalet ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin. Ekstrakcja ultradźwiękowa została naukowo porównana z alternatywnymi technikami ekstrakcji, takimi jak ekstrakcja nadkrytycznym CO2, maceracja, refluks cieplny, Soxhlet lub ekstrakcja mikrofalowa, a wyniki badań dowodzą znaczącej przewagi ultradźwięków w zakresie szybkości ekstrakcji i wydajności.
Ultradźwięki jako procedura szybkiej ekstrakcji
Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych jest dobrze znana z wysokiej wydajności, wysokiej jakości ekstraktów, krótkiego czasu ekstrakcji, niskiego zużycia energii i zdolności do pracy z bardzo łagodnymi rozpuszczalnikami. Wszystkie te czynniki przyczyniają się do niezwykłej ogólnej wydajności ultradźwiękowej ekstrakcji składników bioaktywnych z materiałów roślinnych.
Poniżej można znaleźć wybór raportów z badań naukowych, w których ekstrakcja ultradźwiękowa (również ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami / UAE) porównano z innymi technikami ekstrakcji, takimi jak maceracja, Soxhlet, strumień ciepła, nadkrytyczny CO2i ekstrakcji mikrofalowej.
Ultrasonicator UP400St do szybkiej ekstrakcji składników roślinnych w trybie wsadowym
| Aplikacja do ekstrakcji | Czas ekstrakcji ultradźwiękowej | Czas alternatywnej metody ekstrakcji | Dodatkowe informacje | Źródło |
|---|---|---|---|---|
| Ekstrakcja antocyjanów z jagód mirtu | 5 min | 15 min mikrofalówka |
Ultrasonicator UP200S | Gonzalez i in., 2019 |
| Odciąganie liści Boldo | 5-30 min | 15-90 min maceracja |
Ultradźwiękowiec UIP1000hdT "Widzimy, że od 5 do 30 minut sonikacji, wydajność jest równoważna wydajności konwencjonalnej maceracji w 15 do 90 minut: UAE wymaga jednej trzeciej czasu na ekstrakcję rozpuszczalnego materiału z liści w konwencjonalnej maceracji". |
Petigny et al., 2013 |
| Ekstrakcja fenoli i flawonoidów z szałwii lekarskiej | 11 min | 30 min konwencjonalna ekstrakcja z wytrząsarką w łaźni wodnej w temperaturze 60ºC |
Ekstraktory ultradźwiękowe UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Ekstrakcja polifenoli z liści oliwek | 21 min | 60 min konwencjonalna ekstrakcja strumieniem ciepła |
Ultrasonicator UP400S | Dobrinčić i in., 2020 |
| Ekstrakcja bioaktywnych fenoli z liści Malva sylvestris | 49 min 48°C przy 110 W |
5 h Ekstrakcja ze złożem mieszanym przy 150 obr. |
Ultrasonicator UP200S Analiza HPLC wykazała, że stężenie bioaktywnych fenoli znacząco wzrosło (p≺0,05) w optymalnych warunkach. UAE warunki. |
Bimakr i in., 2017 |
| Ekstrakcja lipidów z nasion melona ozimego (Benincasa hispida) | ∼36 min | Ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym w połączeniu z techniką zmiennociśnieniową (SCE-PST) (∼50 min), nadkrytyczny CO2 (∼97 min) i konwencjonalnej ekstrakcji Soxhleta (∼360 min) | Porównanie nadkrytycznego dwutlenku węgla (sCO2), ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE), ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym w połączeniu z techniką zmiennociśnieniową (SCE-PST) i ekstrakcji Soxhleta pokazuje, że UAE jest najbardziej wydajną i szybką techniką ekstrakcji. | Bimakr et al. (2015) |
Porównanie nadkrytycznego dwutlenku węgla (sCO2), ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE), ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym w połączeniu z techniką zmiennociśnieniową (SCE-PST) i ekstrakcja Soxhleta pokazuje, że UAE jest najbardziej wydajną i szybką techniką ekstrakcji.
- Wysoka wydajność ekstrakcji
- Najwyższa wydajność ekstrakcji
- szybki proces
- Niskie temperatury
- Nadaje się do ekstrakcji związków termolabilnych
- Kompatybilny z każdym rozpuszczalnikiem
- Niskie zużycie energii
- Zielona technika ekstrakcji
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- Niskie koszty inwestycyjne i operacyjne
- Praca 24/7 pod dużym obciążeniem
Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do ekspresowej izolacji związków chemicznych
Najnowocześniejszy sprzęt ultradźwiękowy firmy Hielscher umożliwia szybką ekstrakcję wysokiej jakości biocząsteczek z roślin. Pełna kontrola nad parametrami procesu, takimi jak amplituda, temperatura, ciśnienie i energia wejściowa, pozwala na najbardziej wydajne i najłagodniejsze warunki ekstrakcji, wytwarzając nieuszkodzone, wysoce bioaktywne ekstrakty. Optymalizacja parametrów ekstrakcji ultradźwiękowej, takich jak wielkość cząstek surowca, rodzaj rozpuszczalnika, stosunek ciała stałego do rozpuszczalnika i czas ekstrakcji, może być zoptymalizowana pod kątem najwyższej wydajności i najlepszych ogólnych wyników. Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa jest metodą ekstrakcji nietermicznej, można uniknąć degradacji termicznej składników bioaktywnych, co skutkuje najwyższą jakością ekstraktu.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety takie jak wysoka wydajność, krótki czas ekstrakcji, niska temperatura ekstrakcji i zmniejszone wymagania dotyczące rozpuszczalników sprawiają, że sonikacja jest preferowaną metodą ekstrakcji.
Ultradźwięki przewyższają mikrofale w ekstrakcji antocyjanów z jagód mirtu. Sonikacja jest trzy razy szybsza niż ekstrakcja mikrofalowa.
Porównanie ultradźwięków z konwencjonalnymi z wytrząsarką w łaźni wodnej pokazuje znacznie skrócony czas ekstrakcji fenoli ogółem i flawonoidów z szałwii, gdy stosowana jest ekstrakcja ultradźwiękowa. Ekstrakcja ultradźwiękowa wymaga tylko jednej trzeciej czasu ekstrakcji za pomocą wytrząsarki w łaźni wodnej.
Ekstrakcja ultradźwiękowa: Ustanowiony w laboratorium i przemyśle
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana do ekstrakcji wszelkiego rodzaju związków bioaktywnych z roślin, grzybów, glonów, bakterii i komórek ssaków. Ekstrakcja ultradźwiękowa została uznana za prostą, opłacalną i wysoce wydajną, która przewyższa inne tradycyjne techniki ekstrakcji dzięki wyższej wydajności ekstrakcji i krótszemu czasowi przetwarzania.
Dzięki łatwo dostępnym laboratoryjnym, stołowym i w pełni przemysłowym systemom ultradźwiękowym, ekstrakcja ultradźwiękowa jest obecnie dobrze ugruntowaną i zaufaną technologią. Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher są instalowane na całym świecie w przemysłowych zakładach przetwórczych do produkcji bioaktywnych związków spożywczych i farmaceutycznych.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.
Literatura / Referencje
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Fakty, które warto znać
Zasada działania ekstrakcji ultradźwiękowej
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowaną metodą izolowania i oddzielania składników bioaktywnych od materiałów roślinnych. Ponieważ sonikacja jest kompatybilna z każdym rodzajem rozpuszczalnika, procedura ekstrakcji ultradźwiękowej może być optymalnie zaprojektowana pod kątem związków bioaktywnych (tj. związków docelowych), ich polarności, rozpuszczalności, wrażliwości na ciepło i innych czynników. Dostosowując proces sonikacji specjalnie do określonego związku lub różnych związków, można wybrać najbardziej idealną konfigurację w celu uzyskania ekstraktu o wyjątkowo wysokiej jakości.
Fale ultradźwiękowe w połączeniu z cieczą lub zawiesiną powodują intensywne wibracje i kawitację akustyczną. Kawitacja akustyczna aka ultradźwiękowa jest określana przez lokalnie występujące ekstremalnie wysokie różnice ciśnień, siły ścinające i strumienie cieczy. Siły te rozbijają ściany komórkowe, rozbijają komórki roślinne i intensyfikują przenoszenie masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem. W ten sposób składniki bioaktywne są skutecznie uwalniane do otaczającego rozpuszczalnika, skąd cząsteczki docelowe można łatwo wyizolować i oczyścić (np. przez odparowanie wirnika, destylację parową lub HPLC).
Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek roślinnych: mikroskopijny przekrój poprzeczny (TS) pokazuje mechanizm działania podczas ekstrakcji ultradźwiękowej z komórek (powiększenie 2000x).
[źródło: Vilkhu et al. 2011].
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.